段美滿
摘 要:近年來,隨著城市規(guī)劃發(fā)展逐步加快,原偏僻地區(qū)的炸藥庫逐漸靠近城市規(guī)劃區(qū),威脅到城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑物的公共安全。分析炸藥倉庫發(fā)生意外爆炸對建筑物的影響,重點分析爆炸沖擊波對建筑物造成的危害。爆炸沖擊荷載作為第三方破壞的主要荷載形式之一,會引起鄰近建筑物的破壞問題,在過去的工程實踐中對其重視不夠,但客觀事實卻顯得尤為突出,這就要求我們進(jìn)行不斷的研究以滿足工程實踐的需求。因而,研究建筑物在爆炸沖擊作用下的響應(yīng)特點和規(guī)律,對建筑物的安全保護(hù)具有重要意義。
關(guān)鍵詞:爆炸 炸藥 建筑物 定量技術(shù)分析 模擬計算
中圖分類號:TJ55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2018)04(a)-0066-03
本次研究對象:某企業(yè)炸藥庫儲量為120t(單庫,儲存品種為乳化炸藥),折合成TNT當(dāng)量值為120t×0.76=91.2t;炸藥庫距城市規(guī)劃區(qū)建筑物最近點直線距離為2966m。
1 炸藥庫爆破振動安全允許距離分析
根據(jù)《爆破安全規(guī)程(GB 6722-2014)》可知:爆破振動安全允許距離可按下式計算。
根據(jù)假設(shè)的資料及模擬的現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件可知, K的取值250,α的取值1.8。炸藥庫屬于地表庫,其爆破可視為地表淺孔爆炸。因此,其主振頻率在40~100Hz范圍內(nèi)。擬定建筑物為工業(yè)建筑物,綜合分析,地質(zhì)振動安全允許速度V取4.2~5.0cm/s范圍之內(nèi);炸藥量根據(jù)120t乳化炸藥計算。則根據(jù)式(1)計算可得:
120t乳化炸藥爆炸的安全距離范圍為:
從上述計算可知,120t炸藥爆炸振動安全允許距離范圍為395.4~435.6m。
2 炸藥庫爆炸空氣沖擊波超壓影響
由于炸藥庫爆炸屬于地表大藥量爆炸,還應(yīng)該核算建筑物所承受的空氣沖擊波超壓值,并確定相應(yīng)的安全允許距離,根據(jù)《爆破安全規(guī)程(GB 6722-2014)》可知:在平坦地形條件下爆炸時,超壓可按照下式計算。
空氣沖擊波超壓的安全允許距離,應(yīng)根據(jù)保護(hù)對象、所用炸藥品種、地形和氣象條件由設(shè)計確定。本次計算的R為2966m、Q為120000kg乳化炸藥(計算時換算成炸藥TNT當(dāng)量)。
本次計算的空氣沖擊波超壓值為0.017×105Pa,破壞等級為1級。結(jié)合爆破安全規(guī)程(GB 6722-2014)(建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系)可知,當(dāng)120t乳化炸藥爆炸時,建筑物基本無破壞。即:建筑物玻璃偶然破壞,木門窗無損壞,磚外墻無損壞,頂棚無損壞,內(nèi)墻無損壞,鋼筋混凝土柱無損壞。
3 炸藥庫爆炸對建筑物動力響應(yīng)分析
考慮到計算范圍足夠大時,爆炸在計算區(qū)域邊緣產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變非常小,近似無限邊界。由于模型只是無限區(qū)域的一部分,出現(xiàn)人為的邊界,為了消除人為邊界處的反射波對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響,計算過程中除了頂面沒有設(shè)置約束外,其余三個面設(shè)定為無反射邊界條件。炸藥儲存在地表炸藥庫內(nèi),炸藥庫距最近建筑物最近點直線距離為2966m,庫內(nèi)炸藥按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)換算成標(biāo)準(zhǔn)炸藥TNT當(dāng)量值,炸藥密度為1.63g/cm3,建筑物基樁埋深取15.0m。
在數(shù)值模擬過程當(dāng)中采用多物質(zhì)Euler材料與Lagrange結(jié)構(gòu)相耦合的算法,來計算爆炸氣體產(chǎn)物和空氣等物質(zhì)與固體結(jié)構(gòu)的相互作用耦合問題,通過直接耦合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(Lagrange網(wǎng)格)和流體材料網(wǎng)格(Euler網(wǎng)格)之間的響應(yīng),自動地、精確地算出每一時間步流-固界面處的物理性質(zhì)。在實際建模過程中,定義炸藥、空氣等易流動物質(zhì)為Euler網(wǎng)格,建筑物、地基材料為Lagrange網(wǎng)格。
分析建筑物在爆炸沖擊荷載下的響應(yīng),主要分析建筑樁基受爆炸振動的沖擊影響。計算的具體條件見表1。
由于主要分析炸藥爆炸對建筑物沖擊作用,即建筑物樁基的受力情況,所以通過LS-DYNA自帶的后處理功能,把建筑物樁基從模型中提取出來單獨進(jìn)行分析。計算結(jié)果詳見圖1~圖4。
由于本次計算的模型為強(qiáng)度為C30的鋼筋混凝土材料,其設(shè)計破壞強(qiáng)度為14.3MPa。根據(jù)計算結(jié)果可知,當(dāng)炸藥庫庫存120t乳化炸藥爆炸后,建筑物樁基上的最大有效應(yīng)力約為5.11MPa,最大剪應(yīng)力峰值約為0.34MPa,小于樁基破壞強(qiáng)度,建筑物樁基基本處于安全狀態(tài)。
4 結(jié)語
本文通過理論分析、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和資料收集的綜合研究方法,分析了炸藥庫對建筑物安全風(fēng)險影響,得出以下結(jié)論。
炸藥庫發(fā)生意外,考慮最大量120t乳化炸藥一次性爆炸后,結(jié)合爆破震動計算結(jié)果可知,距離炸藥庫2966m處的建筑整體安全,受空氣沖擊波超壓影響破壞等級為1級,即:建筑物玻璃偶然破壞,木門窗無損壞,磚外墻無損壞,頂棚無損壞,內(nèi)墻無損壞,鋼筋混凝土柱無損壞。
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